DE102007026265B4

DE102007026265B4 - carbon brush

Info

Publication number: DE102007026265B4
Application number: DE102007026265.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gerhard
Original assignee: Gerhard Praezisionspresstechnik GmbH
Current assignee: Gerhard Praezisionspresstechnik GmbH
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: FR2917249B1; JP5399007B2; DE102007026265A1; CN101320876A; JP2008306920A; FR2917249A1

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten einer Kohlebürste (10, 18, 26, 34) aus Kohlenstoffmaterial, wie Elektrographitmaterial, mit einem Grundkörper, der durch Pressen und Wärmebehandlung sowie Schleifen oder Sägen hergestellt wird und eine Gleitfläche (12, 20, 28, 36) aufweist, die auf Lamellen eines Kommutators abstützbar ist, wobei der Grundkörper der Kohlebürste mittels Laserbearbeitung zur Erzielung gewünschter Eigenschaften in seiner Geometrie verändert wird, indem eine Gleitfläche des Grundkörpers der Kohlebürste strukturiert wird oder in zumindest einer Seitenfläche des Grundkörpers der Kohlebürste eine Vertiefung (24) ausgebildet wird.Method for processing a carbon brush (10, 18, 26, 34) made of carbon material, such as electrographite material, with a base body, which is produced by pressing and heat treatment, as well as grinding or sawing, and has a sliding surface (12, 20, 28, 36) which Can be supported on lamellae of a commutator, the base body of the carbon brush being changed in its geometry by means of laser processing to achieve desired properties, by structuring a sliding surface of the base body of the carbon brush or by forming a recess (24) in at least one side surface of the base body of the carbon brush.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten einer Kohlebürste aus Kohlenstoffmaterial, wie Elektrographitmaterial, mit einem Grundkörper, der durch Pressen und Wärmebehandlung sowie Schleifen oder Sägen hergestellt wird und eine Gleitfläche aufweist, die auf Lamellen eines Kommutators abstützbar ist.The invention relates to a method for processing a carbon brush, such as electrographite material, with a base body which is produced by pressing and heat treatment and grinding or sawing and has a sliding surface which can be supported on lamellae of a commutator.

Kohlebürsten, wie diese in Stromabnehmern zum Einsatz gelangen, haben die Aufgabe, einen elektrischen Strom von einem sich bewegenden wie rotierenden auf ein feststehendes Element zu übertragen. Als Werkstücke können solche auf Basis von Kohlenstoff und Graphit benutzt werden.Carbon brushes, as used in pantographs, have the task to transfer an electric current from a moving as rotating to a fixed element. As workpieces, those based on carbon and graphite can be used.

Zur Herstellung entsprechender Kohlebürsten werden die Ausgangswerkstoffe einschließlich vorhandener Binder wie Kunstharze zunächst einem Formgebungsprozess unterzogen, um sodann wärmebehandelt wie graphitiert zu werden. Zusätzlich kann ein Imprägnieren erfolgen, um entsprechend den Einsatzgebieten gewünschte Eigenschaften zu erzielen.For the production of corresponding carbon brushes, the starting materials, including existing binders such as synthetic resins, are first subjected to a shaping process, in order then to be heat treated such as graphitized. In addition, impregnation can be carried out in order to achieve desired properties according to the fields of application.

Somit ist es erforderlich, dass nach der Bearbeitung des Gleitkontaktes Strukturen eingebracht werden müssen wie zum Beispiel Riefen in der Lauffläche oder Aufnahmen für Halterungen in den Seitenflächen. Die entsprechenden Strukturen werden grundsätzlich durch Schleifen, Bohren oder Fräsen der entsprechenden Flächen hergestellt. Auch besteht die Möglichkeit, während der Formgebung, also des Pressens, entsprechende Strukturen auszubilden.Thus, it is necessary that after the machining of the sliding contact structures must be introduced such as grooves in the tread or mounts for holders in the side surfaces. The corresponding structures are basically produced by grinding, drilling or milling of the corresponding surfaces. There is also the possibility of forming appropriate structures during shaping, that is to say pressing.

Um Kohlebürsten zum Beispiel mit Blattfedern zu verbinden, ist es bekannt, die der Lauffläche gegenüberliegende Rückseite zu metallisieren und sodann stoffschlüssig mit einem Abschnitt der Blattfeder zu verbinden. Hierzu ist nach der DE 103 59 896 A1 vorgesehen, die Verbindung mittels Ultraschallschweißens oder Laserschweißens herzustellen.In order to connect carbon brushes, for example, with leaf springs, it is known to metallize the rear surface opposite the tread and then to connect materially with a portion of the leaf spring. This is after the DE 103 59 896 A1 intended to make the connection by means of ultrasonic welding or laser welding.

Aus der als nächstkommender Stand der Technik zu wertenden DE 198 21 529 C2 sind ein abriebfester elektrischer Schleifer für Potentiometer und Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Zur Herstellung des Schleifers wird ein plattenförmiger Grünkörper mittels Laser bearbeitet, wobei nach dem Brennen des Grünkörpers eine Vereinzelung mittels Laser erfolgen kann.To be judged from the closest prior art DE 198 21 529 C2 For example, an abrasion-resistant electric grinder for potentiometers and methods for its manufacture are known. To produce the grinder, a plate-shaped green body is processed by means of a laser, it being possible to singulate by laser after firing of the green body.

Eine insbesondere in der Lauffläche strukturierte Kohlebürste ist sowohl aus der GB 292 232 A als auch aus der DE 10 2004 011 618 A1 bekannt.A structured in particular in the tread carbon brush is both from the GB 292 232 A as well as from the DE 10 2004 011 618 A1 known.

Um bei Kunststoffteilen Gratlinien zu entfernen, kann nach der DE 42 36 558 A1 ein Laserenergiestrahl eingesetzt werden.To remove ridge lines in plastic parts, after the DE 42 36 558 A1 a laser energy beam can be used.

Nach der EP 1 025 938 B1 weist ein hoch belastbares Verbundbauteil ein quaderförmiges Graphitteil auf, das mittels Laser aufgeraut werden kann.After EP 1 025 938 B1 has a highly resilient composite component on a cuboid graphite part that can be roughened by laser.

Um metallische Oberflächen gegen Oxidation, Korrosion und Rostbildung zu schützen, kann nach der DE 697 20 531 T2 eine Laserlegierung durchgeführt werden.In order to protect metallic surfaces against oxidation, corrosion and rusting, can after the DE 697 20 531 T2 a laser alloy can be performed.

Der DE 199 09 319 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von miniaturisierten Kohlekontakten zu entnehmen. Mittels eines fotolithografischen Verfahrens werden aus einem Substrat Teilbereiche isoliert und sodann voneinander getrennt.Of the DE 199 09 319 A1 a process for the production of miniaturized carbon contacts can be seen. By means of a photolithographic process, partial areas are isolated from a substrate and then separated from one another.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Kohlebürste so weiterzubilden, dass eine hochpräzise Bearbeitung mit einfachen Maßnahmen erfolgen kann.The present invention has for its object to provide a method for producing a carbon brush in such a way that a high-precision machining can be done with simple measures.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der Grundkörper der Kohlebürste mittels Laserbearbeitung zur Erzielung gewünschter Eigenschaften in seiner Geometrie verändert wird, indem eine Gleitfläche des Grundkörpers der Kohlebürste strukturiert wird oder in zumindest einer Seitenfläche des Grundkörpers der Kohlebürste eine Vertiefung ausgebildet wird.To solve the problem, the invention provides that the base body of the carbon brush is changed by laser machining to achieve desired properties in its geometry by a sliding surface of the main body of the carbon brush is structured or in at least one side surface of the main body of the carbon brush is formed a recess.

Eine Laserbearbeitung zeigt den Vorteil, dass gezielt in gewünschten Bereichen der Kohlebürste Geometrieveränderungen vorgenommen werden können, ohne dass die angrenzenden Bereiche in Mitleidenschaft gezogen werden. Insbesondere besteht hierdurch die Möglichkeit, das Kontaktverhalten der Kohlebürsten positiv zu beeinflussen.A laser processing has the advantage that specifically in desired areas of the carbon brush geometry changes can be made without the adjacent areas are affected. In particular, this makes it possible to positively influence the contact behavior of the carbon brushes.

Durch die Ausbildung von Vertiefungen wie Taschen oder Aufnahmen in Seitenflächen können gezielt in gewünschten Bereichen Strukturen ausgebildet werden, die zum Beispiel zum Einbringen von Litzen oder zur Befestigung von Halterungen erforderlich sind, über die der Gleitkontakt fixiert wird.Through the formation of depressions such as pockets or receptacles in side surfaces structures can be specifically formed in desired areas, which are required for example for introducing strands or for fixing brackets over which the sliding contact is fixed.

Durch die Strukturgebung kann auch ein gezieltes Lauf- bzw. Einlaufverhalten insbesondere von Kohlebürsten erzielt werden, ohne dass es aufwändiger mechanischer Bearbeitungen bedarf.The structuring can also achieve a targeted running or running-in behavior, in particular of carbon brushes, without the need for complex mechanical processing.

Um eine gute elektromotorische Verträglichkeit und ein leises und gleichmäßiges Einlaufverhalten zu erzielen und gleichzeitig eine hohe Energiedichte zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Gleitfläche einer Kohlebürste mit durch Laserbearbeitung hergestellten Löcher versehen wird. Diese bieten die Möglichkeit eines vereinfachten und gleichmäßigen Einbringens eines Imprägniermittels wie Schmier- oder Abrasivstoffes. Dabei können die Löcher gleichmäßig auf der Gleitfläche verteilt ausgebildet werden, so dass das Imprägniermittel gleichmäßig über die Gleitfläche verteilt ist, ohne dass es aufwändiger Maßnahmen bedarf.In order to achieve a good electromotive compatibility and a quiet and uniform running-in behavior and at the same time to achieve a high energy density, it is provided that the sliding surface of a carbon brush is provided with holes produced by laser machining. These offer the possibility of a simplified and even Introducing an impregnating agent such as lubricating or abrasive. In this case, the holes can be formed uniformly distributed on the sliding surface, so that the impregnating agent is evenly distributed over the sliding surface, without the need for complex measures.

Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass bei Ausbildung der Kohlebürste diese parallel zu Lamellen verlaufende und von der Gleitfläche ausgehende Nuten aufweist, auf die sich die Kohlebürste abstützt. Hierdurch wird die Kommutierung verbessert, da der Querwiderstand durch die Nuten erhöht wird.Furthermore, the invention provides that, when the carbon brush is formed, it has grooves running parallel to the slats and extending from the sliding surface, on which the carbon brush is supported. As a result, the commutation is improved because the lateral resistance is increased by the grooves.

Als bevorzugter Werkstoff für Kohlebürsten, die durch eine Laserbearbeitung strukturiert werden, sind Kohlenstoff und/oder Naturgraphit, die als Binder Kunstharz enthalten, zu nennen.As a preferred material for carbon brushes, which are structured by a laser processing, carbon and / or natural graphite, containing as a binder resin, to call.

Bevorzugterweise erfolgt das Bearbeiten mittels eines Gaslasers wie CO₂-Lasers oder durch einen Festkörperlaser. Dabei sind Rubinlaser oder YAG-Laser besonders bevorzugt. Aber auch Halbleiterlaser sind geeignet, um im gewünschten Umfang den Grundkörper des Gleitkontaktes zu bearbeiten.Preferably, the processing takes place by means of a gas laser such as CO ₂ laser or by a solid-state laser. Ruby laser or YAG laser are particularly preferred. However, semiconductor lasers are also suitable for machining the main body of the sliding contact to the desired extent.

Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further developments emerge from the subclaims.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispielen.For more details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken these - by itself and / or in combination - but also from the following description of the drawing to be taken embodiments.

Es zeigen:Show it:

1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Kohlebürste, 1 a schematic diagram of a first embodiment of a carbon brush,

2 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Kohlebürste, 2 a schematic diagram of a second embodiment of a carbon brush,

3 eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Kohlebürste, 3 a schematic diagram of a third embodiment of a carbon brush,

4 eine Prinzipdarstellung einer vierten Ausführungsform einer Kohlebürste und 4 a schematic diagram of a fourth embodiment of a carbon brush and

5 eine Kohlebürste mit Rückhaltevorrichtung. 5 a carbon brush with retention device.

In den Fig. sind Prinzipdarstellungen von Kohlebürsten dargestellt, die aus üblichen Materialien wie Kohlenstoff- und/oder Naturgraphit mit Kunstharz als Binder bestehen. Die entsprechenden Kohlebürsten werden gepresst und durch Schleifen oder Sägen vorbearbeitet. Um gewünschte Eigenschaften der Kohlebürste insbesondere hinsichtlich des Einlaufens zu erzielen, erfolgt eine Laserbearbeitung. So wird anhand der der 1 zu entnehmenden Kohlebürste 10 verdeutlicht, dass deren Gleitfläche 12 mit Löchern 14, 16 versehen sind, die durch Laserbearbeitung ausgebildet worden sind. Dabei erfolgt aufgrund der Löcher 14, 16 ein schnellerer Verschleiß der Gleitfläche 12 mit der Folge, dass sich ein leises Einlaufverhalten ergibt, da die Gleitfläche 12 schneller verschlissen wird.In the figures, schematic representations of carbon brushes are shown, which consist of conventional materials such as carbon and / or natural graphite with synthetic resin as a binder. The corresponding carbon brushes are pressed and preprocessed by grinding or sawing. In order to achieve desired properties of the carbon brush, in particular with regard to shrinkage, laser processing takes place. So is the basis of the 1 to be taken carbon brush 10 clarifies that its sliding surface 12 with holes 14 . 16 are provided, which have been formed by laser processing. This is due to the holes 14 . 16 a faster wear of the sliding surface 12 with the result that a quiet run-in behavior results because the sliding surface 12 gets worn out faster.

Die Löcher 14, 16 können jedoch auch zur Aufnahme von Imprägniermittel dienen, das somit gleichmäßig über die Gleitfläche 12 verteilt werden kann. Als Imprägniermittel kommen Schmier- und/oder Abrasivstoffe in Frage.The holes 14 . 16 However, they can also serve to absorb impregnating agent, which is thus uniform over the sliding surface 12 can be distributed. Suitable impregnating agents are lubricants and / or abrasives.

Eine der 2 zu entnehmende Kohlebürste 18 weist eine Gleitfläche 20 auf, die eine kalottenförmige Geometrie aufweist, die gleichfalls durch Laserbearbeitung hergestellt wird.One of the 2 to be taken carbon brush 18 has a sliding surface 20 on, which has a dome-shaped geometry, which is also produced by laser machining.

Die Kohlebürste 18 ist in der Längsrichtung gepresst, so dass beim Pressen mit üblichen Maßnahmen in den Seitenflächen wie der Seitenfläche 22 Aussparungen nicht einbringbar sind. Diese müssen nach dem Stand der Technik nachträglich durch Schleifen oder Bohren ausgebildet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Seitenfläche 22 eine Vertiefung 24 wie Tasche durch Laserbearbeitung eingebracht wird, wobei eine überaus präzise Geometrie erzielbar ist. Entsprechende Vertiefungen oder Taschen 24 dienen z. B. bei der Montage zum Zurückhalten der Kohlebürste oder als Sortierhilfe. Dies ist prinzipiell aus den 5 und 6 ersichtlich. So weist eine Kohlebürste 38 eine vorzugsweise parallel zur Lauffläche verlaufende nutartige Vertiefung 40 auf. In diese kann z. B. eine Arretierung einer Kohlebürstenführung während der Montage der Kohlebürste eingreifen. Auch kann die Vertiefung 40 als Rückhaltevorrichtung für eine Feder dienen.The carbon brush 18 is pressed in the longitudinal direction, so that when pressing with conventional measures in the side surfaces as the side surface 22 Recesses are not recoverable. These must be subsequently formed by grinding or drilling according to the prior art. According to the invention it is provided that in the side surface 22 a depression 24 How pocket is introduced by laser processing, with a very precise geometry can be achieved. Corresponding depressions or pockets 24 serve z. B. during assembly for retaining the carbon brush or as a sorting aid. This is in principle from the 5 and 6 seen. This is how a carbon brush points 38 a preferably parallel to the tread groove-like depression 40 on. In this z. B. engage a locking a carbon brush guide during assembly of the carbon brush. Also, the depression can 40 serve as a retaining device for a spring.

In 3 ist eine Kohlebürste 26 mit von deren Gleitfläche 28 ausgehenden Längsnuten 30, 32 dargestellt, die parallel zu den Lamellen eines Kommutators verlaufen, auf dem sich die Kohlebürste 26 abstützt. Hierdurch wird erreicht, dass der Querwiderstand erhöht wird und somit die Kommutierung verbessert. Das Bearbeiten der Kohlebürste 26, also das Einbringen der Nuten 30, 32 erfolgt gleichfalls durch Laser.In 3 is a carbon brush 26 with of their sliding surface 28 outgoing longitudinal grooves 30 . 32 represented, which run parallel to the slats of a commutator, on which the carbon brush 26 supported. This ensures that the transverse resistance is increased and thus improves the commutation. The working of the carbon brush 26 So the introduction of the grooves 30 . 32 is also done by laser.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ist die Möglichkeit gegeben, eine eine Quaderform aufweisende Kohlebürste derart zu gestalten, dass gewünschte Endgeometrien erzielbar sind, die ansonsten nur durch aufwändiges Sägen und Schleifen erreichbar sind. So ist in 4 eine Kohlebürste 34 dargestellt, die laufflächenseitig eine dachförmige Geometrie aufweist, wobei die Gleitfläche 36 selbst gekrümmt ist. Eine entsprechende Kohlebürste 34 kann z. B. in Druckern eingesetzt werden.On the basis of the teaching according to the invention, it is possible to design a carbon brush having a cuboid shape in such a way that desired end geometries can be achieved which are otherwise achievable only by time-consuming sawing and grinding. So is in 4 a carbon brush 34 illustrated, the tread-side has a roof-shaped geometry, wherein the sliding surface 36 itself is curved. A corresponding carbon brush 34 can z. B. be used in printers.

Claims

Method for processing a carbon brush ( 10 . 18 . 26 . 34 ) made of carbon material, such as electrographite material, with a base body, which is produced by pressing and heat treatment and grinding or sawing and a sliding surface ( 12 . 20 . 28 . 36 ), which is supported on slats of a commutator, wherein the main body of the carbon brush by laser machining to achieve desired properties in its geometry is changed by a sliding surface of the main body of the carbon brush is structured or in at least one side surface of the main body of the carbon brush a recess ( 24 ) is formed.

Method according to claim 1, characterized in that in the sliding surface ( 12 ) using laser holes ( 14 . 16 ) be formed.

Method according to claim 2, characterized in that in the holes ( 14 . 16 ) an impregnating agent such as lubricant and / or abrasive is introduced.

Method according to claim 1, characterized in that the depression ( 24 ) transversely to the pressing direction of the main body of the carbon brush ( 18 ) is formed running.

Method according to claim 1, characterized in that in the sliding surface ( 28 ) Grooves ( 30 . 32 ) are formed by means of a laser, which run parallel to the slats.